Твердение сульфомагнезиальных композиций

Исследовано влияние вещественного состава и условий твердения на свойства сульфомагнезиальных композиций. Определено влияние плотности затворителя на твердение магнезиальных вяжущих. Приведены результаты исследования магнезиальных вяжущих длительного твердения.

В исследованиях использованы рентгенофазовый и термический методы, электронная микроскопия.

Преимущества сочетания каустического магнезита с сульфатом кальция отмечены в работах [1–3]. Нашими исследованиями [4,5] доказана возможность замены до 40 – 60% каустического магнезита полуводным сульфатом кальция. При этом обеспечиваются условия для более полной гидратации магнезиальной и сульфатной составляющих; прочность смешанного вяжущего зачастую превосходит контрольные показатели. Сульфомагнезиальные композиции отличаются малой энергоемкостью производства, интенсивным твердением и высокой прочностью.

Цель работы – исследование твердения сульфомагнезиальных вяжущих.

Объект исследования – смешанные вяжущие, полученные из каустического магнезита ПМК - 75, строительного гипса Г-5АІІ (полугидрат сульфата кальция). Содержание гипсового компонента в различных композициях составляло 0 – 80%. Вяжущие затворяли раствором хлорида магния. Прочность камня вяжущих определяли на малых образцах размером 20х20х20 мм, изготовленных из пластичного теста. Фазовый состав затвердевших материалов оценивали дифрактометрическим и термическим методами анализа. Строение камня вяжущих исследовали с помощью электронной микроскопии.

Результаты исследований свидетельствуют, что сульфомагнезиальные композиции не уступают по прочности каустическому магнезиту и характеризуются повышенной стойкостью к действию воды (рис. 1). Твердение сульфомагнезиального оксихлоридного вяжущего протекает при первоначальной гидратации MgO и сопровождается образованием пентагидрооксихлорида магния 5Mg(OH)2^MgCl2^8H2O, гидрооксида магния Mg(OH)2. Содержание нестабильного тригидрооксихлорида магния 3Mg(OH)2^MgCl2^8H2O невелико.

На термограммах затвердевших вяжущих с различным содержанием сульфатного компонента эндотермические эффекты при 140; 210 и 3400С характеризуют присутствие гидрооксихлоридов магния (рис. 2). При добавлении в вяжущее 20 – 40% полуводного гипса на термограммах усиливается эндоэффект при 120 – 1700С, связанный с дегидратацией двуводного гипса. В композиции с наибольшей массой гипсового компонента (60%) уменьшается содержание гидрооксихлоридов магния (эндоэффект при 1400С), возрастает доля полугидрата сульфата кальция (эндоэффект при 2500С). Величина потери массы для вяжущих с содержанием 100; 80; 60 и 40% каустического магнезита соответственно равна, %: 36,6; 35,7; 37,5; 35,1. Сопоставимость показателей термогравиметрии подтверждает гидратационную активность обеих составляющих смешанного вяжущего.

значительная часть оксида магния преобразуется в гидрооксихлориды; содержание гидрооксида магния уменьшается на 30 – 40%. В камне сульфомагнезиального вяжущего формируется также гидрооксихлоркарбонат магния Mg(OH)2∙MgCl2∙2MgCO3∙6H2O - промежуточное соединение, характерное для низкомагнезиальных композиций.

Добавка MgCl2 ускоряет гидратацию CaSO4∙0,5H2O, изменяя растворимость фазы. Однако действие добавок, не содержащих одноименных с сульфатом кальция ионов, зависит от их концентрации. Для затворения сульфомагнезиальных вяжущих использовали концентрированный раствор хлорида магния, замедливший гидратацию гипсовой части. С течением времени твердения по мере связывания MgCl2 в гидрооксихлориды магния характер влияния соли на гидратационные свойства CaSO4 ·0,5H2O меняется.

С увеличением плотности раствора MgCl2 снижается степень гидратации полугидрата сульфата кальция, и, как результат, минимизируется вклад двуводного гипса в формирование первичного каркаса камня вяжущего.

Замедленная гидратация полугидрата сульфата кальция CaSO4∙0,5H2O, обусловленная повышением концентрации MgO и MgCl2, обеспечивает плавный характер кристаллизации CaSO4∙2H2O, способствующий уплотнению и повышению водостойкости камня.

В составе затвердевшего сульфомагнезиального вяжущего зафиксированы фазы, характерные для самостоятельной гидратации компонентов. При этом наибольшая роль в упрочнении и водостойкости сульфомагнезиального камня принадлежит характеру формирования структуры.

Исследования сульфомагнезиальных вяжущих длительного твердения показали, что после 10 лет пребывания на воздухе качественный состав материалов мало изменился. Камень смешанного вяжущего состоит из пентагидрооксихлорида и гидрооксида магния, двуводного гипса, негидратированных исходных веществ (рис. 3). Сравнительный анализ дифрактограмм (рис. 4) показал, что с увеличением концентрации MgCl2 в затворителе растет степень гидратации МĝО, повышается содержание пентагидрооксихлорида магния, стабильного при длительном твердении. Снижение гидратационной активности полугидрата сульфата кальция обусловливает уменьшение доли двуводного гипса.

Сопоставление структур затвердевшего вяжущего, затворенного различным по концентрации раствором хлорида магния (рис. 5), позволяет предположить, что крупноблочное строение камня делает более уязвимой композицию на основе высококонцентрированного раствора хлорида магния в условиях повышенной влажности. Это корреспондируется с результатами испытаний материалов на водостойкость [4]. Наибольшей устойчивостью к действию влаги характеризуются сульфомагнезиальные композиции с повышенным содержанием гидрооксида магния и двуводного гипса.

(60% каустического магнезита)

По данным дифрактометрического анализа, содержание пентагидрооксихлорида магния в составе сульфомагнезиальной композиции сопоставимо или превышает таковое в каустическом магнезите. Значительные количества доминирующего гидрооксихлорида магния в составе вяжущего с ограниченным содержанием оксида магния обусловлено повышенной активностью последнего в композиции. Это отличает сульфомагнезиальные композиции от смешанных вяжущих, содержащих силикатный или железистый компонент, в которых повышенная гидратационная активность оксида магния реализована не только в формировании гидрооксихлорида магния, а также в образовании гидросиликатов, гидроферритов магния.

Сравнительный анализ дифрактограмм вяжущих выявил, что соотношение аналитических отражений оксида магния (d = 0,210 нм) и пентагидрооксихлорида магния (d = 0,196 нм) для сульфомагнезиальной композиции снижается с течением времени твердения, а для каустического магнезита – возрастает. Это свидетельствует о повышенной активности MgO и большей устойчивости 5Mg(OH)2<MgCl2^8H2O в сульфомагнезиальной композиции. Сульфомагнезиальный камень отличается более уплотненной структурой, образованной частицами различной морфологии (рис. 6).

Рисунок 6 - Строение камня магнезиальных вяжущих после 10 лет твердения

В составе камня длительного твердения сохраняются негидратированные исходные вещества (рис. 4). Следовательно, в вяжущем не реализуется часть химически активных компонентов. Это указывает на необходимость поиска способов более полного вовлечения составляющих в процессы гидратации.

Гидратационная активность исследуемых вяжущих наиболее чувствительна к составу затворителя, что характерно для большинства магнезиальных материалов. Однако влияние этого фактора носит конфликтный характер: увеличение концентрации хлорида магния в затворителе, обеспечивающее активизацию оксида магния и формирование гидрооксихлоридных комплексов, интенсивно упрочняющих камень вяжущего; сдерживает гидратацию полуводного сульфата кальция. Поиск оптимальной плотности раствора хлорида магния существенно не изменит ситуации. Представляется целесообразным раздельное затворение компонентов смешанного вяжущего, преимущества которого реализованы при приготовлении формовочной смеси для пенобетона [5].

Следовательно, сульфомагнезиальные композиции – эффективная разновидность смешанных малоэнергоемких вяжущих. Многокомпонентный состав и химическая активность составляющих расширяют возможности воздействия на процессы гидратации и структурообразования за счет изменения состояния, рецептуры и приемов приготовления композиции. Разработанные сульфомагнезиальные вяжущие рекомендованы для изготовления мелкоштучных изделий плотной и ячеистой структуры.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Вайвад А.Я. Магнезиальные вяжущие вещества. - Рига: Зинанте, 1972. - 310с.
  2. Горбачева М.И., Игнатов В.И., Рябов Г.Г. Композиционное водостойкое вяжущее на основе полуводного гипса // Строительные материалы. -1987. - № 5. - С. 26 -27.
  3. Яковлев Г.И., Плеханова Т.А., Лопаткин И.Г. Магнезиальное вяжущее, модифицированное ангидритом // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2006. - № 3. - С. 34 - 35.
  4. Мирюк О.А., Ахметов И.С. Вяжущие вещества из техногенного сырья. - Рудный: РИИ, 2002. - 250 с.
  5. Мирюк О.А. Особенности приготовления пеномасс для бесцементного ячеистого бетона // Техника и технология силикатов. - 2011. - Т. 18. - № 3. - С. 12 - 17.
Теги: Анализ
Год: 2012
Город: Костанай